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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Aqui, projetamos dois painéis complementares de citometria de massa (CyTOF) e otimizamos um protocolo de coloração CyTOF com o objetivo de traçar o perfil do receptor de células assassinas naturais e do repertório de ligantes no cenário de infecções virais.
As células natural killer (NK) estão entre as primeiras a responder a infecções virais. A capacidade das células NK de reconhecer e matar rapidamente células infectadas por vírus é regulada por sua expressão de receptores inibitórios e ativadores codificados pela linha germinativa. O envolvimento desses receptores por seus ligantes cognatos nas células-alvo determina se a interação intercelular resultará na morte das células NK. Este protocolo detalha o projeto e a otimização de dois painéis complementares de citometria de massa (CyTOF). Um painel foi projetado para fenotipar células NK com base na expressão do receptor. O outro painel foi projetado para interrogar a expressão de ligantes conhecidos para receptores de células NK em vários subconjuntos de células imunes. Juntos, esses dois painéis permitem o perfil do repertório de receptores-ligantes de células NK humanas. Além disso, este protocolo também detalha o processo pelo qual coramos amostras para CyTOF. Este processo foi otimizado para melhorar a reprodutibilidade e padronização. Uma vantagem do CyTOF é sua capacidade de medir mais de 40 marcadores em cada painel, com sobreposição mínima de sinal, permitindo que os pesquisadores capturem a amplitude do repertório de receptores-ligantes de células NK. O código de barras de paládio também reduz a variação entre amostras, bem como o consumo de reagentes, facilitando a coloração de amostras com cada painel em paralelo. As limitações deste protocolo incluem o rendimento relativamente baixo do CyTOF e a incapacidade de recuperar células após a análise. Esses painéis foram projetados para a análise de amostras clínicas de pacientes que sofrem de infecções virais agudas e crônicas, incluindo o vírus da dengue, o vírus da imunodeficiência humana (HIV) e a gripe. No entanto, eles podem ser utilizados em qualquer ambiente para investigar o repertório de ligante do receptor de células NK humanas. É importante ressaltar que esses métodos podem ser aplicados amplamente ao projeto e execução de futuros painéis CyTOF.
As células natural killer (NK) são células imunes inatas cujo papel principal é atingir e matar células malignas, infectadas ou estressadas. Por meio de sua secreção de citocinas como IFNγ e TNFα, bem como sua atividade citotóxica, as células NK também podem moldar a resposta imune adaptativa a patógenos e malignidades. A resposta NK é mediada em parte pela sinalização combinatória de receptores inibitórios e ativadores codificados na linha germinativa, que se ligam a uma miríade de ligantes expressos em células-alvo potenciais. Vários receptores de células NK têm mais de um ligante, com novos pares receptor-ligante sendo identificados regularmente.
Há um interesse particular em estudar as células NK no contexto de infecções virais, onde sua capacidade de responder rapidamente a células estressadas pode limitar a disseminação viral ou promover o desenvolvimento de estratégias de evasão de células NK. Esse interesse na biologia celular NK se estende ao campo da imunoterapia contra o câncer, onde os pesquisadores estão investigando o papel das células NK na imunovigilância tumoral e no microambiente tumoral1. No entanto, a capacidade de traçar o perfil das interações célula-célula-alvo NK é complicada pelo fato de que as células NK humanas podem expressar mais de 30 receptores que, por sua vez, podem interagir com mais de 30 ligantes conhecidos2. A detecção simultânea de múltiplos receptores de células NK e seus ligantes cognatos é, portanto, necessária para capturar a complexidade das interações receptor-ligante que controlam a função NK. Consequentemente, recorremos à citometria de massa (CyTOF), que permite a detecção simultânea de mais de 40 marcadores no nível de uma única célula. Nosso objetivo era criar dois painéis CyTOF para traçar o perfil do repertório de ligantes receptores de células NK. Também queríamos projetar um protocolo para processamento e coloração eficazes de amostras clínicas. Amostras clínicas humanas fornecem uma riqueza de informações sobre como o corpo responde à infecção viral. Portanto, desenvolvemos este protocolo para investigar a expressão de receptores de células NK e seus ligantes cognatos em paralelo para melhor padronização, melhor recuperação, consumo reduzido de reagentes e efeitos de lote limitados.
Vários painéis de citometria de fluxo projetados para caracterizar o fenótipo de células NK humanas foram publicados anteriormente 3,4,5,6,7,8. A maioria desses painéis é limitada em sua capacidade de capturar a amplitude do repertório receptor-ligante, permitindo apenas a detecção de uma seleção limitada de marcadores. Além disso, esses painéis são limitados pela sobreposição de sinal entre fluorocromos. O CyTOF usa anticorpos conjugados a isótopos metálicos, que são lidos por espectrometria de massa por tempo de voo, reduzindo drasticamente o transbordamento entre os canais.
Como nós, outros pesquisadores recorreram ao CyTOF para estudar as células NK 9,10,11,12,13,14, embora geralmente com menos marcadores de células NK, o que reduz a profundidade da fenotipagem. Embora os protocolos gerais de coloração usados por esses grupos sejam semelhantes aos nossos, existem algumas diferenças importantes. Outros protocolos não envolvem o isolamento de células NK antes da coloração, embora os pesquisadores estejam interessados apenas nesse subconjunto13,14. Dado que as células NK representam apenas 5-20% das células mononucleares do sangue periférico (PBMCs), a coloração de PBMCs inteiras em vez de células NK isoladas significa que a maioria dos eventos coletados não serão células NK. Isso reduz a quantidade de dados gerados no subconjunto de interesse e resulta em uso ineficiente do tempo da máquina. Além disso, embora muitos desses painéis interroguem a expressão de receptores de células NK, como receptores assassinos semelhantes a Ig (KIRs), NKG2A/C/D e os receptores naturais de citotoxicidade (NKp30, NKp44 e NKp46), a expressão desses marcadores não é colocada em um contexto mais amplo devido à ausência de dados sobre a expressão de seus respectivos ligantes. Consequentemente, embora esses métodos publicados anteriormente para investigar células NK via CyTOF sejam suficientes para a ampla fenotipagem de células NK, usados isoladamente, eles não podem fornecer uma imagem abrangente da atividade das células NK. Isso nos leva à principal vantagem dos métodos descritos aqui, que é que até este ponto não há citometria de fluxo publicada ou painéis CyTOF focados em explorar a expressão de ligantes para receptores de células NK. É importante ressaltar que nosso painel de ligantes possui vários canais abertos para permitir a adição de marcadores para atender às necessidades exclusivas de cada experimento.
Considerando que uma das principais limitações do CyTOF é a incapacidade de recuperar a amostra após a análise, esse método pode não ser apropriado para pesquisadores que possuem amostras limitadas com as quais estão interessados em realizar experimentos adicionais. Além disso, a natureza de baixa taxa de transferência do CyTOF significa que os dados gerados serão de baixa qualidade se o número inicial de células for baixo. Exceto por essas duas limitações, este método terá um bom desempenho em qualquer ambiente para investigar as interações receptor-ligante entre células NK e células-alvo.
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PBMCs adultos saudáveis anonimizados foram obtidos de câmaras do sistema de leucorredução adquiridas do Stanford Blood Center. PBMCs de doadores pediátricos saudáveis não identificados e pacientes pediátricos com dengue aguda foram obtidos do Instituto Memorial de Estudos de Saúde Gorgas na Cidade do Panamá, Panamá e hospitais pertencentes ao Ministério da Saúde, ao Sistema de Previdência Social da Cidade do Panamá e áreas suburbanas. O protocolo do estudo da dengue foi aprovado pelo CEP do Hospital del Niño (CBIHN-M-0634), depois aprovado pelos comitês do ICGES, CSS, Hospital Santo Tomas e Universidade de Stanford. PBMCs de pacientes infectados pelo HIV em tratamento antirretroviral foram obtidos do estudo ACTG A5321.
1. Rotulagem de anticorpos, preparação do painel e armazenamento
2. Protocolo de coloração
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Os anticorpos foram conjugados a isótopos metálicos usando kits de rotulagem disponíveis comercialmente, de acordo com as instruções do fabricante. Os clones de anticorpos foram validados por citometria de fluxo e citometria de massa antes do uso neste painel. Uma lista inicial de clones foi selecionada com base na revisão da literatura e na disponibilidade de anticorpos. Os níveis de expressão de alguns ligantes para receptores de células NK sã...
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Aqui, descrevemos o projeto e a aplicação de dois painéis CyTOF complementares destinados a traçar o perfil do repertório de ligantes receptores de células NK. Este protocolo inclui várias etapas que são críticas para a obtenção de dados de qualidade. O CyTOF usa íons de metais pesados, em vez de fluorocromos, como sondas de marcação para anticorpos19. Esta tecnologia está, portanto, sujeita a potenciais sinais de contaminação de metais ambientais...
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Os autores não têm nada a divulgar.
Os autores gostariam de agradecer a todos os membros atuais e antigos do Laboratório Blish que contribuíram para este painel. Obrigado ao Grupo de Ensaios Clínicos da AIDS e à equipe do ACTG A5321, bem como à Dra. Sandra López-Vergès e Davis Beltrán do Gorgas Memorial Institute for Health Studies pela curadoria da amostra. Por fim, obrigado a Michael Leipold, Holden Maecker e ao Centro de Monitoramento Imunológico Humano de Stanford pelo uso de suas máquinas Helios. Este trabalho foi apoiado pelo NIH U19AI057229, NIH R21 AI135287, NIH R21 AI130532, NIH DP1 DA046089 e Burroughs Wellcome Fund Investigators in the Pathogenesis of Infectious Diseases # 1016687 to CB, NIH Ruth L. Kirschstein Institutional National Research Service Award T32 AI007502, TL1 TR001084 e NIH / NIAID K08 AI138640 to EV, National Science Foundation Graduate Research Fellowship DGE-1656518 para JM e bolsa de treinamento NIH T32-AI-007290 (PI Olivia Martinez). O estudo ACTG recebeu apoio financeiro do AI-68634 (Centro de Gerenciamento Estatístico e de Dados), UM1-A1-26617, AI-131798 e AI-68636 (ACTG). CB é o Tashia and John Morgridge Faculty Scholar em Medicina Translacional Pediátrica do Stanford Maternal Child Health Research Institute e investigador do Chan Zuckerberg Biohub.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
89Y | Sigma-Aldrich | 204919 | |
102-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
104-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
106-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
108-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
115In | Trace Sciences International | Special Order | |
141Pr | Fluidigm | 201141A | |
142Nd | Fluidigm | 201142A | |
143Nd | Fluidigm | 201143A | |
144Nd | Fluidigm | 201144A | |
145Nd | Fluidigm | 201145A | |
146Nd | Fluidigm | 201146A | |
147Sm | Fluidigm | 201147A | |
148Nd | Fluidigm | 201148A | |
149Sm | Fluidigm | 201149A | |
150Nd | Fluidigm | 201150A | |
151Eu | Fluidigm | 201151A | |
152Sm | Fluidigm | 201152A | |
153Eu | Fluidigm | 201153A | |
154Sm | Fluidigm | 201154A | |
155Gd | Fluidigm | 201155A | |
156Gd | Fluidigm | 201156A | |
157Gd | Trace Sciences International | N/A | |
158Gd | Fluidigm | 201158A | |
159Tb | Fluidigm | 201159A | |
160Gd | Fluidigm | 201160A | |
161Dy | Fluidigm | 201161A | |
162Dy | Fluidigm | 201162A | |
163Dy | Fluidigm | 201163A | |
164Dy | Fluidigm | 201164A | |
165Ho | Fluidigm | 201165A | |
166Er | Fluidigm | 201166A | |
167Er | Fluidigm | 201167A | |
168Er | Fluidigm | 201168A | |
169Tm | Fluidigm | 201169A | |
170Er | Fluidigm | 201170A | |
171Yb | Fluidigm | 201171A | |
172Yb | Fluidigm | 201172A | |
173Yb | Fluidigm | 201173A | |
174Yb | Fluidigm | 201174A | |
175Lu | Fluidigm | 201175A | |
176Yb | Fluidigm | 201176A | |
209Bi anti-CD16 | Fluidigm | 3209002B | Clone 3G8. Used at a 1:50 dilution. |
697 cells | Creative Bioarray | CSC-C0217 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filter Units 0.5 with Ultracel-30 Membrane, 30 kDa | Millipore | UFC503096 | |
Anhydrous acetonitrile | Fisher Scientific | BP1165-50 | |
anti-2B4 | Biolegend | 329502 | Clone C1.7. |
anti-B7-H6 | R&D Systems | MAB7144 | Clone 875001. |
anti-CCR2 | Biolegend | 357202 | Clone K036C2. |
anti-CD2 | Biolegend | 300202 | Clone RPA-2.10. |
anti-CD3 | Biolegend | 300402 | Clone UCHT1. |
anti-CD4 | Biolegend | 317402 | Clone OKT4. |
anti-CD4 | Biolegend | 344602 | Clone SK3. |
anti-CD7 | Biolegend | 343102 | Clone CD7-6B7. |
anti-CD8 | Biolegend | 344702 | Clone SK1. |
anti-CD11b | Biolegend | 301302 | Clone ICRF44. |
anti-CD14 | Biolegend | 301802 | Clone M5E2. |
anti-CD19 | Biolegend | 302202 | Clone HIB19. |
anti-CD33 | Biolegend | 303402 | Clone WM53. |
anti-CD38 | Biolegend | 303502 | Clone HIT2. |
anti-CD48 | Biolegend | 336702 | Clone BJ40. |
anti-CD56 | BD Pharmingen | 559043 | Clone NCAM16.2. |
anti-CD57 | Biolegend | 322302 | Clone HCD57. |
anti-CD62L | Biolegend | 304802 | Clone DREG-56. |
anti-CD69 | Biolegend | 310902 | Clone FN50. |
anti-CD94 | Biolegend | 305502 | Clone DX22. |
anti-CD95 | Biolegend | 305602 | Clone DX2. |
anti-CD155 | Biolegend | 337602 | Clone SKII.4. |
anti-CXCR6 | Biolegend | 356002 | Clone K041E5. |
anti-DNAM-1 | BD Biosciences | 559787 | Clone DX11. |
anti-DR4 | Biolegend | 307202 | Clone DJR1. |
anti-DR5 | Biolegend | 307302 | Clone DJR2-2. |
anti-FAS-L | Biolegend | 306402 | Clone NOK-1. |
anti-FcRg | Millipore | 06-727 | Polyclonal antibody. |
anti-HLA-C,E | Millipore | MABF233 | Clone DT9. |
anti-HLA-Bw4 | Miltenyi Biotec | Special Order | Clone REA274. |
anti-HLA-Bw6 | Miltenyi Biotec | 130-124-530 | Clone REA143. |
anti-HLA-DR | Biolegend | 307602 | Clone L243. |
anti-HLA-E | Biolegend | 342602 | Clone 3D12. |
anti-ICAM-1 | Biolegend | 353102 | Clone HA58. |
anti-Ki-67 | Biolegend | 350502 | Clone Ki-67. |
anti-KIR2DL1/KIR2DS5 | R&D Systems | MAB1844 | Clone 143211. |
anti-KIR2DL3 | R&D Systems | MAB2014 | Clone 180701. |
anti-KIR2DL5 | Miltenyi Biotec | 130-096-200 | Clone UP-R1. |
anti-KIR2DS4 | R&D Systems | MAB1847 | Clone 179315. |
anti-KIR3DL1 | BD Biosciences | 555964 | Clone DX-9. |
anti-LFA-3 | Biolegend | 330902 | Clone TS2/9. |
anti-LILRB1 | R&D Systems | 292319 | Clone MAB20172. |
anti-LLT-1 | R&D Systems | AF3480 | Clone 402659. |
anti-MICA | R&D Systems | MAB1300-100 | Clone 159227. |
anti-MICB | R&D Systems | MAB1599-100 | Clone 236511. |
anti-Nectin-1 | Biolegend | 340402 | Clone R1.302. |
anti-Nectin-2 | Biolegend | 337402 | Clone TX31. |
anti-NKG2A | R&D Systems | MAB1059 | Clone 131411. |
anti-NKG2C | R&D Systems | MAB1381 | Clone 134522. |
anti-NKG2D | Biolegend | 320802 | Clone 1D11. |
anti-NKp30 | Biolegend | 325202 | Clone P30-15. |
anti-NKp44 | Biolegend | 325102 | Clone P44-8. |
anti-NKp46 | Biolegend | 331902 | Clone 9E2. |
anti-NTB-A | Biolegend | 317202 | Clone NT-7. |
anti-Pan HLA class I | Biolegend | 311402 | Clone W6/32. |
anti-PD1 | Biolegend | 329902 | Clone EH12.2H7. |
anti-Perforin | Abcam | ab47225 | Clone B-D48. |
anti-Siglec-7 | Biolegend | 347702 | Clone S7.7. |
anti-Syk | Biolegend | 644302 | Clone 4D10.2. |
anti-TACTILE | Biolegend | 338402 | Clone NK92.39. |
anti-TIGIT | R&D Systems | MAB7898 | Clone 741182. |
anti-ULBP-1 | R&D Systems | MAB1380-100 | Clone 170818. |
anti-ULBP-2, 5, 6 | R&D Systems | MAB1298-100 | Clone 165903. |
Antibody Stabilizer | Candor Bioscience | 131 050 | |
Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | |
Bond-Breaker TCEP Solution | Thermo Fisher Scientific | 77720 | |
Bovine Serum Albumin solution | Sigma-Aldrich | A9576 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2+2H2O) | Sigma-Aldrich | 223506-25G | |
Cis-Platinum(II)diamine dichloride (cisplatin) | Enzo Life Sciences | ALX-400-040-M250 | A 100 mM stock solution was prepared in DMSO and divided into 25 µL aliquots. Used at a 25 µM dilution for live/dead stain. Signal appears in 194Pt and 195Pt channels. |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
eBioscience Permeabilization Buffer | Thermo Fisher Scientific | 00-8333-56 | |
EDTA (0.5 M) | Hoefer | GR123-100 | A double-concentrated HEPES buffer with EDTA was made according to the following recipe: 1.3 g NaCl (Thermo Fisher Scientific), 27 mg CaCl2+2H2O (Sigma-Aldrich), 23 mg MgCl2 (Sigma-Aldrich), 83.6 mg KH2PO4 (Thermo Fisher Scientific), 4 mL of 1M HEPES (Thermo Fisher Scientific), 2 mL of 0.5M EDTA (Hoefer, Holliston, MA, USA), and 100mL H2O. The pH of this double-concentrated HEPES buffer was adjusted to a pH of 7.3 using 1M HCl and 1M NaOH. |
EQ Four Element Calibration Beads | Fluidigm | 201078 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
Helios mass cytometer | Fluidigm | N/A | |
HEPES (1M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
HyClone Antibiotic/Antimycotic Solution (Pen/Strep/Fungiezone) solution | Fisher Scientific | SV3007901 | |
Iridium - 191Ir/193Ir intercalator | DVS Sciences (Fluidigm) | 201192B | Used at a 1:10000 dilution. |
Isothiocyanobenzyl-EDTA (ITCB-EDTA) | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | M030-10 | Diluted to 1.25 mg/mL in anhydrous acetonitrile. |
K562 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CCL-243 | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | SH30034 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 208337-100G | |
Maxpar X8 Antibody Labeling Kits | Fluidigm | N/A | No catalog number as kits come with metals. |
Millex-VV Syringe Filter Unit, 0.1 µm | Millipore | SLVV033RS | |
Milli-Q Advantage A10 Water Purification System | Millipore | Z00Q0V0WW | |
MS Columns | Miltenyi Biotec | ||
NALM6 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CRL-3273 | |
Nanosep Centrifugal Devices with Omega Membrane 3K | Pall Corporation | OD003C35 | |
NK Cell Isolation Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-092-657 | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
PBS | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4) | Fisher Scientific | MP021954531 | |
Qdot 655 anti-CD19 | Thermo Fisher Scientific | Q10179 | Clone SJ25-C1. Used at a 1:50 dilution. Signal appears in 112Cd-114Cd channels. |
Qdot 655 anti-HLA-DR | Thermo Fisher Scientific | Q22158 | Clone Tü36. Used at a 1:200 dilution. |
Rockland PBS | Rockland Immunochemicals, Inc. | MB-008 | Used to make CyPBS (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water) and CyFACS buffers (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water with 0.1% BSA and 0.05% sodium azide). Buffers were sterile-filtered through a 0.22 µM filter and sotred at 4°C in Stericup bottles. |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 21870092 | |
Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S271-500 | |
Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System | Millipore Sigma | S2GPU10RE | |
Tuning solution | Fluidigm | 201072 | |
Washing solution | Fluidigm | 201070 |
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